Цифровой автокоррелятор

(21) 3565484/18 (22) 18.03.83 (46) 23.07.84. (72) С.А. Прохо и В.П. Мартовой (71) Куйбышевск Красного Знамен институт им. В. (53) 68 1.8(088, (56) 1, Лвторск Ф 968819, кл. С2. Авторское В 980101, кл. С (прототип). 7Бел юл. У ов, В ипецки ордена Трудовог политехнический Куйбышева о ССС 982, СССР 982 етельст5/336,ельство5/336,06 Рсвиде06 Г м эл(54)(57) ЦИФРОВОЙ.АВТОКОРРЕЛЯТОРЗсодержащий (и) коммутаторов, первый блок памяти, состоящий из и последовательно соединенных ячеек, входпервой ячейки которого является первым информационным входом автокоррелятора, выход первой ячейки первого блока памяти соединен с первыми входамии блоков умножения, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек первого блока памяти,второй блок памяти, состоящий из ипоследовательно соединенных ячеек,вход первой ячейки которого являетсявторым информационным входом автокоррелятора, выход первой ячейки второго блока памяти соединен с первыми,входами (и) блоков вычитания, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек второгоблока памяти, начиная со второй, шсумматоров, вход первого сумматораподключен к выходу первого блока умножения, а каждый коммутатор содержит дешифратор и первую группу из(ш) элементов И, причем входы дешифраторов коммутаторов подключены к вьгходам соответствующих блоков вычитания, первые входы элементов И первых групп всех коммутаторов объединены и являются синхронизирующими входами автокоррелятора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены ш счетчиков и ш блоков деления, а в каждый коммутатор - вторая группа из (пг) элементов И, (гп) элементов ИЛИ,(ш) элементов НЕ, и (ш) ключей, информационные входы которых в каждом коммутаторе объединены и подключены к выходу соответствующего блока умножения, кроме первого, фЯ ;управляющие входы ключей, кроме первого ключа, в каждом коммутаторе объединены с вторыми входами одноименных уаае элементов И первой группы того же ком- фщфф мутатора и подключены к выходам соответствующих элементов И второй группы того же коммутатора, первые входы которьй поключены к выходам соответствующих элементов ИЛИ того же коммутатора, вторые входы элементов И второй группы в каждо коммутаторе через со", ответствующие ементы НЕ подключены к соответствующим выходам дешифратора, управляющий вход первого ключа в каждом коммутаторе объединен с вторым входом первого элемента И первой группы и с первым входом первого элемента ИЛИ и подключен в первом коммута- . фр, торе к шине единичного потенциала и к шине нулевого потенциала в остал ных коммутаторах, вторые входы элементов ИЛИ 1-го коммутатора (где 12, и) подключены к соответствующим выходам дешифратора (-1)-го коммутатора, вторые входы элементовИЛИ первого коммутатора объединеныи подключень к шине нулевого потенциала, выходы одноименных ключей всехкоммутаторов объединены и через соответствующие счетчики, кроме первогосчетчика, подключены к первым входамсоответствующих блоков деления, кроме первого, выходы одноименных элементов И первой группы всех коммутаторовобъединены и через соответствующиесумматоры, кроме первого, подключены 29к вторым входам соответствующих блоков деления кроме первого, первый вход первого блока деления через первый счетчик подключен к синхронизиЪрующему входу автокоррелятора, второй вход первого блока деления через первый сумматор подключен к выходу первого блока умножения, выходы блоков деления являются соответствующими выходами автокоррелятора.Изобретение относится к измерению,характеристик случайных процессови предназначено для определения оценки корреляционной функции текущегостационарного процесса, представленного неравноотстоящими отсчетами, Рев реальном масштабе времени.1Известен цифровой автокоррелятор,содержащий входной .блок памяти, состоящий из 3(ш) последовательносоединенных ячеек, аналого-цифравого преобразователя, генератораимпульсов, делителя частоты на дваи на три, (щ) блоков формирования,ш блоков умножения и ш сумматоров, 15Причем каждый 1-й блок формированиясодержит блок памяти с 31 ячейками,сумматор, счетчик, триггер, элементИЛИ и два элемента И 1 3.Указанный автокоррелятор вычисляет автокорреляционную функцию процес-сов с регулярным шагом дискретизациивходного процесса и не позволяет вычислять автокорреляционную функциюпроцессов с нерегулярным шагом дискретизации,Наиболее близким по техническойсущности и функциональному назначению к изобретению является цифровойкоррелятор, содержащий два блока памяти, состоящих иэ и последовательносоединенных ячеек каждый, п блоковумножения, (и) блоков вычитания,(и) блоков коммутации, ш сумматоров. Первым входом коррелятора является вход первого блока памяти. Выход первой ячейки первого блокЫ памяти подключен к первым входам блоков умножения, вторые входы которыхсоединены с выходами соответствующих.40 ячеек первого блока памяти, Вход пер вого сумматора соединен с выходом первого блока умножения. Вторым входом коррелятора является вход второго блока памяти, выходы ячеек которого, кроме первой, подключены к первым входам соответствующих блоков вычитания, вторые входы которых подключены к выходу первой ячейки второго блока памяти, Выходы блоков вычитания подключены к первым входам соответствующих блоков коммутации, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих блоков умножения, кроме первого. Выходы блоков коммутации подключены к входам соответствующих сумматоров, кроме первого 21.Однако устройство не учитывает закон, по которому аппроксимирован входной процесс, представленный неравноотстоящими отсчетами, т.е. не восстанавливает его. Он обрабатывает ,лишь существенные отсчеты и не обрабатывает промежуточные. Таким образом, возрастает статистическая погрешность определения оценок авто- корреляционной функции исходного процесса (при фиксированном времени на.блюдения).На практике в системах сжатия данных входной процесс чаще всего аппроксимирован полиномами нулевого порядка. Следовательно можно определять промежуточные отсчеты входного процесса, тем самым повысить точность оценки автокорреляционной функции.Целью изобретения является повьппение точности получаемых оценок автокдрреляционных функций за счет автоматического восстановления промежуточз 1104 ных отсчетов входного процесса и их обработки.Указанная цель достигается тем, что в цифро-автокоррелятор, содержащий. (и) коммутаторов, первый блок па 5 мяти, состоящий из п последовательно соединенных ячеек, вход первой ячейки которого является первым информационным входом автокоррелятора, выход первой ячейки первого блока памяти соединен с первыми входами и блоков умножения, вторые входы которых подКлючены к выходам соответствующих ячеек первого блока памяти, второй блок памяти, состоящий из и последовательно соединенных ячеек, вход первой ячейки которого является вторым информационным входом автокоррелято" ра, выход первой ячейки второго блока памяти соединен с первыми входами (и) блоков вычитания, вторые входы которых подключены к выходам соответ- . ствующих ячеек второго блока памяти, начиная со второй, ш сумматоров, вхоД первого сумматора подключен к выходу первого блока умножения, а каждый коммутатор содержит дешифратор и первую группу из (ш) элементов И, причем входы дешифраторов коммутаторов подключены к выходам соответствующих блоков вычитания, первые входы элементов И первых групп всех коммутаторов объединены и являются синхронизирующими входами автокоррелятора, введены ш счетчиков и щ блоков деления, а в каждый коммутатор - вторая группа из (ш) элементов И, (ш) элементов ИЛИ, (ш) элементов НЕ и (ш) ключей, информационные входы которых в каждом Коммутаторе объединены и подключены к выходу соответ 40 ствующего блока умножения, кроме первого, управляющие входы ключей, кроме первого ключа, в каждом коммутаторе объединены с вторыми входами одноименных элементов И первой45 группы того же коммутатора и подключены к выходам соответствующих элементов И второй группй того же коммутатора, первые входы которых подключены к выходам соответствующих элементов ИЛИ того же коммутатора, вторые входы элементов И второй группы в каждом коммутаторе через соответствующие элементы НЕ подключены к соответствующим выходам дешифратора, управляющий вход первого ключа в каждом коммутаторе объединен с вторым входом первого элемента И 529 4 первой группы и первым входом первого элемента ИЛИ и подключен в первом коммутаторе к шине единичного потенциала и к шине нулевого потенциала в остальных коммутаторах, вторые входы элементов ИЛИ 1-го коммутатора (где= 2, п) подключены к соответствующим выходам дешифратора (1-1)-го коммутатора, вторые входы элементов ИЛИ первого коммутатора объединены и подключены к шине нулевого потенциала, выходы одноименных ключей всех коммутаторов объединены и через соответствующие счетчики, кроме первого счетчика, подключены к первым входам соответствующих бло; ков деления, кроме первого, выходы одноименных элементов И первой группы всех коммутаторов объединены и через соответствующие сумматоры, кроме первого, подключены к вторым входам .соответствующих блоков деления, кроме первого, первый вход первого блока 1 деления через первый .счетчик подключен к синхронизирующему входу авто- коррелятора, второй вход первого блока деления через первый сумматор подключен к выходу первого блоКа умножения, выходы блоков деления являются соответствующими выходами автокоррелятора. На фиг, 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 " .блок-схема коммутатора; на фиг. 3 - таблица соответствия состояния блоков устройства номерам синхроимпульсов.Автокоррелятор содержит блок 1 памяти, блок 2 памяти, блок 3 умножения,блок 4 вычитания, коммутаторы 5, сумматоры 6, счетчики 7, блоки 8 деления.Коммутатор 5 содержит дешифратор 9,элементы НЕ 10, первую группу элементов И 11, ключи 12, элементы ИЛИ 13,вторую группу элементов И 14.Цифровой автокоррелятор работает следующим образом.Перед началом работы ячейки обоих блоков 1 и 2 памяти, сумматоры 6 и счетчики 7 обнулены. На информационный первый вход устройства в д-й момент времени поступает текущее зна 1 чение входного процесса х , котороезапоминается в первой ячейке первогоблока 1 памяти. На информационный второй вход устройства поступает текущеезначение времени й., которое запоми,нается в первой ячейке второго блока2 памяти. На синхрониэирующий вход ,устройства поступает синхроимпульс, соответствующий приходу пары текущих значений х;, 1 Причем в общем слу" чае входной процесс представлен не равноотстоящими отсчетами времени. Кроме того, входной процесс аппроксимирован полиномами нулевого порядка. Первый и второй блоки 1 и 2 памяти осуществляют параллельные сдвиги со держимого ячеек в моменты прихода каждой последующей пары текущих значений входного процесса и времени, Таким образом, в -й момент времени в первой, второй и т,д., и-й ячейках 15 первого блока 1 памяти находятся значения входного процесса соответст-, венно х;, хи т.д х; а в первой, второй и т,д., а-й ячейках второго блока 2 памяти - текущие значе ния времени с 1, с,и т.д., С; +- все, На выходе первого, второго и т.д, блоков 3 умножения формируются в 1-й момент времени С; частичные произведения соответственно х ., х,х.2 251и т.д., х,х, которые поступают на информацйонйые входы ключей 12 соответствующих коммутаторов 5. Частичное произведение х . с первогО блока 3 умножения подается на соатветству- з 0 ющий вход первого сумматора 6. На вы- . ходе первого, второго и т.д., (и)" го блоков 4 вычитания вычисляются разности соответственно И; - 1 1 )(г. - с; ), и т,даю (1 1 +135 которые подаются на входы дешифраторов 9 соответствующих коммутаторов 5 и характеризуют временную задержку между соответствующими (существенными) значениями входного процесса. 40 Каждый К -й выход дешифратора 911-го коммутатора 5 эьдает управляющий сигнал на соответствующий вход К -го элемента ИЛИ Ц+1)-го ком 1 Ф 1 45 мУтатора 5. Номер К соответствует коду временной задержки. Следует заметить, что номера выходов дешифраторов 9 не равны, между собой и возрастают с ростом К , т.е.КС К 4 К(1, К .(1)3 иПричем К 4 ш.В соответствии с (1) первый коммутатор 5 вьдает частичное произведение, поступающее на его дешифратор 9, и сигнал, образованный синхроимпульсом, поступающим на первые входы элементов И 11 первой группы первого коммутатора 5, на выходы. соот" ветствующих ключей 12 и элементов И 11 первой группы своего коммутатора. Номер выходов лежат в диапазоне 1-К , Второй коммутатор 5 вьдает частичное произведение, поступающее на его дешифратор 9, и сигнал, образованный синхроимпульсом, поступающим на первые входы элементов И 11 первой группы второго коммутатора 5 на выходы соответствующих ключей 12 и элементов И 11 первой группы своего коммутатора 5. Номера выходов лежат в диапазоне (К+1) Й К и т.д., 1-й коммутатор 5 выдает йазванные сигналы на выходы соответствующих ключей 12 и элементов И 11 своего коммутатора, номера выходов лежат в диапазоне (К +1) - К и т.д, (и)-й комму 1-14утатор вьдает аналогичные сигналы на выходы соответствующих ключей 12 и элементов И 11 своего коммутатора, нокера выходов лежат в диапазоне (К и+1) К о 1Частичные произведения с выходовсоответствующих ключей 12 коммутаторов 5 поступают на входы соответствующих сумматоров 6, кроме первого,и накапливаются, Сигналы с выходовсоответствующих элементов И 11 первой группы коммутаторов поступаютна входы соответствующих счетчиков 7,кроме первого, увеличивая их содержание на +1.На вход первого сумматора 6 поступает частичное произведение х, ана вход первого счетчика 7 поступаютсинхроимпульсы синхронизирующего входа устройства.После прихода последней пары х 1 мв сумматорах 6 находятся суммы, соответствующие неусредненным ординатамоценки автокорреляционной функции,Блоки 8 деления делят содержимоесумматоров 6 на содержимое соответствующих счетчиков 7, таким образом усредняя результат. На выходе блоков 8деления получаются ординаты оценкиавтокорреляционной функции.Каждый 1-й коммутатор 5 работаетг следующим образом (фиг, 2)На вход дешифратора 9, информационные входы ключей 12 и первыевходы элементов И 11 первой группыпоступают соответственно временнаязадержка с 1-го блока 4 вычитания,частичное произведение с (7+1)-гоблока умножения и синхроимпульсс синхронизирующего входа автокоррелятора, Код временной задержки дешифрируется дешифратором 9 в единичный сигнал на своем К -м выходе. Кроме3того, этот сигнал поступает на К -й.3 элемент НЕ 10 рассматриваемого ком мутатора. Таким образом, сигналы на выходах элементов НЕ 10 формируют код, обратный коду, сформированному на выходах дешифратора 9. Во всех разрядах этого обратного кода находятся единичные потенциалы, кроме .К.-го, где сформирован нулевой потенцйал. Сигналы с выходов элементов НЕ 10 поступают на соответствующие входы элементов И 14, тем самым разрешая прохождение сигнала через эти элементы до элемента И 14, на который подается нулевой потенциал с К,-го элемента НЕ 10.гоНа соответствующие входы элементов ИЛИ 13 1-го коммутатора 5 подается прямой код с выходом дешифратора 9 Ц)-го коммутатора и соответственно с выходов своего дешифратора 9 коммутатора 5. В К . -м разряде это 1-1го кода находится единичный потенциал, во всех остальных - нулевые. Сигнал с К -го выхода дешифратора 9-го коммутатора 5 поступает после- ЗО довательно на соответствующий вход элемента ИЛИ 13 и соответствующий вход открытого элемента И 14 (К+1)-го ключа 12, на первый вход элемента ИЛИ 13 и вход открытого элемента И 14 (К +2)-го ключа1-112 и т.д. до закрытого нулевым сигналом с К -го элемента НЕ.10 элемента И 14 (К +1)-го ключа 12Сигналы с выходов элементов И 14 поступают 40 на,управляющие входы соответствующих ключей 12 и в соответствующие входы элементов И 11, Таким образом, сигнал с К , -го соответствующего элемента ИЛИ 13 входа 3-го коммутатора 5 от крывает ключи 12 и соответствующие им элементы И 11 с (К +1)-го до К -го 1Частичное произведение с второго входа и синхроимпульс с третьего входа 1-го коммутатора 5 подаются соответственно на информационные входы ключей и первые входы элементов Ии далее на выходы соответствующихгрупп выходов указанного блока, номера которых лежат в диапазоне 55 (К.+1) - К., те. через те ключии элементы И, которые открыты сигналами соответствующих элементов И. Если на вход первого коммутато ра 5 подается единичный потенциал, а на управляющие входы группы - нулевые потенциалы, то частичное произведение с .второго входа и синхроимпульс с третьего входа этого блока передаются соответственно на выходы первой и второй групп первого коммутатора 5, номера которых лежат в диапазоне 1-К,. Если на входы каждого последующего коммутатора 5 подается нулевой потенциал, то частичное произведение с выхода соответствующего блока 3 умножения и синхроимпульс синхронизирующего входа авто- коррелятора через соответствующие ключи 12 и элементы И 11 1-го коммутатора поступают на выходы, номера которых лежат в диапазоне 1-К. Так как на соответствующие входы первого элемента ИЛИ 13, элемента И 11 и управляющий вход первого ключа 12 первого коммутатора подается единичный потенциал, то сигнал с этого коммутатора передаются на входы с номерами (К 3 1 +1) + КПоскольку йа соответствующие входы первого элемента ИЛИ 13, первого элемента И 11 и управляющий вход,первого ключа остальных коммутаторов подается нулевой потенциал, то сигналы с выходов 1-го коммутатора 5 поступают на выходы с номерами с (К , +1)-го по К 1.Для пояснения работы устройствапредставлена таблица (фиг. 3) соответствия содержимого составляющихблоков устройства синхроимпульсамвходного процесса. Из этой таблицывидно, что, кроме существенных отсчетов входного процесса, обрабатываются и промежуточные отсчеты.По результатам сравнительного анализа, по точности предлагаемого устройства и известного, проведенногометодом имитационного моделирования,установлено, что среднеквадратическаяпогрешность вычисления корреляционной функции у предлагаемого устройства меньше, чем у известного,Лучшие метрологические характеристики предлагаемого устройства посравнению с известным позволят расширить область его применения в различных областях народного хозяйства,что обеспечит большую экономическуюэффективность от его использования./может быть осуществлена. с использованием элементов цифровой вычислительной техники (ЦВТ). Первый и второй блоки 1 и 2 памяти предртавляют со бой наборы регистров сдвига, количество регистров в каждом из которых равно разрядности соответственно первого и второго информационных входов . устройства Эти регистры могут быть 10 выполнены на интегральных схемах. Количество сумматоров 6, счетчиков 7 и блоков деления 8 ш равно требуемому числу ординат корреляционной функции.ъ( Разрядность регистров сдвига блоков1 и 2 и завысит в общем случае откорреляционных характеристик входного процесса (максимального интервала корреляции, коэффициента сжатиявходного процесса, интервала дискретизации), п 1 ш. Блоки умножения 3, вычитания 4, де,ления;8, сумматоры 6, счетчики 7, дешифраторы 9, элементы НЕ 10, И 11 и 14, ИЛИ 13 и ключи 12 являются стандартными узлами ЦВТ и могут быть выполнены на интегральных схемах,ъ е ъм сЕм ЪМ ЪЪ 1 1 1 с 1ЪМ ЪЪ ЪМ Ъ ЪМ ЪЪМ ЪМ ЪЪ111 11 1 1 С ЪЪЪ ЪМ Ъ ЪМ.Ъ Ъ ЪМ ЪК 1,ЪЪ1 1 Е Е 11 1 1 1 С ЪМ 1 Ъ М ЪМ Ъ, ЕМ ЪЪ сС Ъъ ЪМ1 1 1 С 1 1 1 1 1 11 Ъщ М ЪЬ ЪМ ЪМ ЪЪ, ЪМ 1 1 С 1 Е 1 1 Ъм Ъ.С 1 1 ЕЪм Ъъ Съ ЪъС 1 1 1 1 Ъ 1 1ъм ъъ еъм ъм1 1 1 1 1 1ее еФ ъме Ф ФЪФ ъФЪм ъъ 4 съь Ф1 1 1 1 1 1ъмееммммъмеемм мьмммВмЬ ммммм 1 м ч СЪ 4 ЬеЪ Ч еъ ез еъ 4 Ъ Чз .фО ее ез м мЪЬ ЪС С ЪС С ЪС "М е ъс ефим с с ф ф ьъф ъ Мм фЕ Ь 1 Ъф Р Й СЪ ЭФ Ф 4 ФР 444 ъ 7 2 мм меемсмммЦмемъмМК сс с) "1 ф М е ъф ЩЕ.ЕЪ 2ЪЬ ЕМ Е ем СЪ И СВ з . ь см з T ъе е ъм ее ъ ЮЪ 2, 2222222 2 2 Д Ъ ал ППП Патент , г.Уагород, ул.Проектяая, АЪ Ъс Ъм Ъ 1 1 1 1 1ЪЪ м 1 1 11 Ъм Ф ФЪС1ефс ъ 1сс ъФ съ .Ф У;